常言道：瑞雪兆豐年。

雪，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的地位非常重要。充足的降雪可以為農(nóng)作物提供水分，有利于作物的生長(zhǎng)和發(fā)育，決定了來(lái)年的收成。然而，對(duì)于光伏發(fā)電站而言，暴雪的降臨不僅會(huì)影響電站的發(fā)電效率，甚至還會(huì)給光伏發(fā)電組件造成隱裂或損壞。

今年入冬以來(lái)，我國(guó)各地頻頻發(fā)布暴雪預(yù)警，這種突發(fā)氣候現(xiàn)象對(duì)于光伏組件的運(yùn)行和生產(chǎn)帶來(lái)了一定的挑戰(zhàn)。在這種情況下，光伏組件是否經(jīng)受住了考驗(yàn)？而光伏企業(yè)在設(shè)計(jì)產(chǎn)品之初，又為應(yīng)對(duì)這種氣候提前做出了哪些預(yù)判和努力？

2023年暴雪預(yù)警頻發(fā)，光伏電站面臨考驗(yàn)

2023年11月4日下午18時(shí)，中央氣象臺(tái)發(fā)布暴雪橙色預(yù)警：因下半年首個(gè)寒潮將來(lái)襲，可能引發(fā)我國(guó)北方地區(qū)大范圍強(qiáng)降雪。據(jù)降水預(yù)報(bào)圖顯示，11月5日-11月6日，河北北部、內(nèi)蒙古中東部、遼寧、吉林、黑龍江等地區(qū)都出現(xiàn)了大到暴雪的區(qū)域，內(nèi)蒙古、遼寧、吉林、黑龍江出現(xiàn)紫色大暴雪區(qū)，部分地區(qū)出現(xiàn)深紫色的特大暴雪區(qū)。

根據(jù)預(yù)報(bào)，預(yù)計(jì)11月4日20時(shí)至6日20時(shí)，內(nèi)蒙古中東部、東北地區(qū)中西部和北部等地自西向東先后有大到暴雪，部分地區(qū)有大暴雪，局地特大暴雪（30～34毫米），新增積雪深度10～20厘米，局地可達(dá)25厘米以上。主要降雪時(shí)段5日夜間至6日。

此次發(fā)布的暴雪橙色預(yù)警，僅次于最高級(jí)別的暴雪紅色預(yù)警。根據(jù)氣象部門的預(yù)警等級(jí)，暴雪分為藍(lán)色、黃色、橙色和紅色四個(gè)等級(jí)，其中紅色是最高級(jí)別，表示暴雪強(qiáng)度極強(qiáng)，可能導(dǎo)致極其嚴(yán)重的災(zāi)害。

12月13日18時(shí)中央氣象臺(tái)發(fā)布暴雪黃色預(yù)警：預(yù)計(jì)12月13日20時(shí)至12月14日20時(shí)，內(nèi)蒙古河套地區(qū)、陜西北部和中部以及秦嶺東部、山西南部、湖北西北部、河南中西部、河北中南部、北京西南部、山東北部和西部、遼寧東北部等地部分地區(qū)有大到暴雪，其中，河南西部和陜西秦嶺東部局地有大暴雪或特大暴雪（30～35毫米）。上述部分地區(qū)新增積雪深度5～10厘米，局地可達(dá)18厘米以上。

那么，暴雪的到來(lái)，會(huì)對(duì)光伏電站產(chǎn)生什么樣的影響呢？

事件回顧：暴雪來(lái)襲，一光伏電站損失7300萬(wàn)

2021年12月27日，露笑科技股份有限公司發(fā)布公告稱，內(nèi)蒙古通遼暴雪造成公司旗下的光伏電站項(xiàng)目出現(xiàn)了大棚坍塌，受災(zāi)面積約為60兆瓦。本次雪災(zāi)預(yù)計(jì)使部分受災(zāi)電站遭受三個(gè)月左右的電費(fèi)損失，具體損失金額還在評(píng)估中。

圖片來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)

同一天，露笑科技的董事會(huì)秘書在互動(dòng)平臺(tái)上回答投資者時(shí)表示：“公司已經(jīng)開始實(shí)施通遼項(xiàng)目的修復(fù)和重建工程計(jì)劃。初步預(yù)計(jì)，我們將在一月底完成20兆瓦的并網(wǎng)發(fā)電，二月底累計(jì)完成40兆瓦的并網(wǎng)發(fā)電，三月底完成60兆瓦的全部并網(wǎng)發(fā)電。”

2022年4月30日，露笑科技發(fā)布“關(guān)于內(nèi)蒙古通遼光伏電站遭受損失的進(jìn)展公告”稱，此前公司58.62MW 電站遭受極端天氣暴雪影響，出現(xiàn)大棚不同程度坍塌，導(dǎo)致?lián)p失金額預(yù)計(jì)為 7307.65 萬(wàn)元。目前，該電站定損及賠付工作已經(jīng)全面進(jìn)行中。

由此可見，暴雪對(duì)于光伏電站的影響，是非常巨大的，輕則影響發(fā)電效率，重則損失光伏組件。

光伏電站遭受的損失，不僅是組件、還有維修期間無(wú)法發(fā)電所帶來(lái)的電費(fèi)損失。

雪能有多沉？為什么能壓塌組件陣列

回憶一下前文，暴雪橙色預(yù)警的是指“6小時(shí)內(nèi)降雪量達(dá)10毫米以上，或者已達(dá)10毫米以上且降雪可能持續(xù)”。

降雪量10毫米，就發(fā)布暴雪預(yù)警了，不至于吧？

首先我們要了解幾個(gè)概念。

雪密度：在現(xiàn)實(shí)中，同樣厚度的積雪，因?yàn)檠┟芏鹊牟煌再|(zhì)量也不盡相同，我們把雪分為干雪和濕雪兩種。一般來(lái)說(shuō)，濕雪的密度要大于干雪，因?yàn)闈裱┲泻懈嗟目諝夂退帧裱┑拿芏却蠹s為0.3-0.5克/立方厘米，而干雪的密度則比較低，只有0.1-0.3克/立方厘米。這也是為什么濕雪更重、更容易粘在一起的原因。所以在現(xiàn)實(shí)中，如果單純的用雪的厚度來(lái)計(jì)算降雪量的大小，不太嚴(yán)謹(jǐn)。

降雪量：是指從天空中降落到地面上的固態(tài)水，未經(jīng)蒸發(fā)、滲透、流失，融化后在水平面上積聚的水層深度，以毫米為單位，用雨量筒來(lái)測(cè)定。降雪等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)通常是指在規(guī)定時(shí)間段內(nèi)持續(xù)降雪或降雪量折算成“降雨量”為等級(jí)劃分的標(biāo)準(zhǔn)。

因此，這里指的降雪量10毫米，并不是雪的厚度為10毫米，而是雪融化成水以后的離地高度。

一般情況下，降水量和雪的厚度基本呈線性關(guān)系。1mm降水量對(duì)應(yīng) 0.9mm-11mm降雪，也就是10倍左右的關(guān)系，為了計(jì)算方便，我們假設(shè)1mm降水量對(duì)應(yīng)10mm降雪。

現(xiàn)在我們來(lái)看一下降雪橙色預(yù)警中實(shí)際的降雪厚度應(yīng)該達(dá)到多少？暴雪橙色預(yù)警要求，6小時(shí)內(nèi)降雪量達(dá)10毫米以上，其實(shí)是指6個(gè)小時(shí)內(nèi)降雪的厚度在10厘米以上。這樣就可以理解得通了吧？

那么雪有多重呢？

前文說(shuō)到，雪的密度不盡相同，即使在同一地點(diǎn)，溫度、濕度、氣壓的變化，都會(huì)影響雪的密度。因此，以下計(jì)算結(jié)果，旨在體現(xiàn)組件承受雪壓的情況，如與實(shí)際值存在出入，僅供參考。

雪壓(snow pressure)指建筑物單位水平面上所受到的積雪的重量，通常是建筑工程上計(jì)算雪荷載的設(shè)計(jì)依據(jù)，計(jì)算公式如下：

雪壓：S0=h（雪深）×P（密度）

為了能夠更加直觀體現(xiàn)降雪對(duì)于單塊組件造成的壓力，我們以某企業(yè)210組件為例，該組件的尺寸為2380毫米×1130毫米。通過(guò)計(jì)算可以得出該組件單塊面積約為2.7平方米。

下表以150公斤/立方米、250公斤/立方米、300公斤/立方米3種降雪密度情況，15厘米-50厘米7種雪深分別計(jì)算，得出雪壓及單組件雪壓。

通過(guò)上表可以看出，在雪密度不同的情況下，雪壓各不相同。當(dāng)選密度為150公斤/立方米、雪深為20厘米時(shí)，雪壓為30公斤/平方米，單塊2.7平方米左右的組件將承受81公斤的雪壓。而當(dāng)密度為300公斤/立方米時(shí)，在20厘米雪深下，雪壓則上升到60公斤/平方米，單塊組件將承受162公斤雪壓。

由此可見，面對(duì)暴雪天氣時(shí)，組件的抗壓能力則決定了落滿積雪的組件能否面對(duì)形變、隱裂等嚴(yán)峻考驗(yàn)。

為了進(jìn)一步分析積雪對(duì)于光伏組件陣列造成的壓力，我們借助2021年12月27日，露笑科技股份有限公司內(nèi)蒙古通遼光伏電站項(xiàng)目大棚坍塌現(xiàn)場(chǎng)的照片，進(jìn)行一種假設(shè)。

圖片來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)

由上圖可見，該組件陣列疑似為6塊（縱向）×45塊+（橫向）組成，為了計(jì)算方便，我們假設(shè)該組件陣列為6塊×50塊布局，并假設(shè)單塊組件面積為2.7平方米。該陣列共計(jì)300塊組件，總面積為810平方米（300塊×2.7平方米）。假設(shè)當(dāng)時(shí)的降雪量為15mm。

通過(guò)計(jì)算，可以得出下表。

由現(xiàn)場(chǎng)照片可以看出，該陣列上部分光伏組件目測(cè)完整性很好，下部分光伏組件損壞嚴(yán)重。

可以分析出，當(dāng)數(shù)十噸的積雪在重力的作用下，向下部分組件不斷施加壓力，引發(fā)垮塌。

組件抗雪能力如何，行業(yè)協(xié)會(huì)有明確“體檢”方法

上文我們介紹的雪壓及單組件雪壓計(jì)算數(shù)據(jù)，是按照組件平放在水平面上進(jìn)行計(jì)算的。在光伏組件的實(shí)際使用中，為了提高發(fā)光效率，組件通常都會(huì)以一定角度安裝，此時(shí)，降雪落在傾斜的組件上。從物理學(xué)角度來(lái)看，此時(shí)計(jì)算組件的雪量負(fù)荷就變成較復(fù)雜的問題。因此，組件雪載測(cè)試又引入了一個(gè)概念——壓強(qiáng)。

中國(guó)光伏行業(yè)協(xié)會(huì)，于2023年10月15日，發(fā)布了“晶體硅光伏組件低溫雪載測(cè)試方法”（下文簡(jiǎn)稱“雪載測(cè)試方法”）。該雪載測(cè)試方法按照GB/T 1.1—2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則 第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定起草，對(duì)晶體硅光伏組件低溫雪載測(cè)試方法進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明。

雪載測(cè)試方法根據(jù)全球100多個(gè)國(guó)家40年最大連續(xù)7天新增降雪雪壓及溫度數(shù)據(jù)，由測(cè)試機(jī)構(gòu)模擬相應(yīng)雪壓及溫度，測(cè)試光伏組件在對(duì)應(yīng)的環(huán)境下，能否穩(wěn)定工作。

具體測(cè)試內(nèi)容包括：

一、外觀檢查

外觀檢查應(yīng)依據(jù)IEC 61215-2:2021中MQT 01的規(guī)定。

二、穩(wěn)定性試驗(yàn)

穩(wěn)定性試驗(yàn)應(yīng)依據(jù)IEC 61215-2:2021中MQT 19的規(guī)定。

三、標(biāo)準(zhǔn)條件下性能測(cè)試

標(biāo)準(zhǔn)條件下性能測(cè)試應(yīng)依據(jù)IEC 61215-2:2021中MQT 06.1的規(guī)定。

四、電致發(fā)光（EL）測(cè)試

電致發(fā)光應(yīng)依據(jù)IEC TS 60904-13的規(guī)定。

五、絕緣試驗(yàn)

絕緣試驗(yàn)應(yīng)依據(jù)IEC 61215-2:2021中MQT 03的規(guī)定。

六、濕漏電試驗(yàn)

濕漏電試驗(yàn)應(yīng)依據(jù)IEC 61215-2:2021中MQT 15的規(guī)定。

七、低溫雪載試驗(yàn)

在低溫雪載試驗(yàn)中，對(duì)測(cè)試載荷、溫度的確定有明確的要求：

低溫雪載試驗(yàn)的測(cè)試載荷值和溫度值的確定參考附錄A（全球不同國(guó)家/地區(qū)歷史 40 年（1981～2020）最大連續(xù) 7 天新增降雪雪壓及溫度）。其中測(cè)試環(huán)境溫度宜以具體應(yīng)用地區(qū)對(duì)應(yīng)環(huán)境溫度向下取整進(jìn)行設(shè)置：如實(shí)際環(huán)境溫度為-10.34℃時(shí)，對(duì)應(yīng)測(cè)試環(huán)境溫度可設(shè)置為-11℃。

在進(jìn)行低溫雪載試驗(yàn)前，若組件的應(yīng)用地已經(jīng)明確，按照不低于組件應(yīng)用地歷史40 年最大7天新增降雪雪壓乘以環(huán)境安全系數(shù)γ（γ取1.1）得到測(cè)試載荷。使用對(duì)應(yīng)7天內(nèi)最低環(huán)境溫度作為測(cè)試環(huán)境溫度。

若有多個(gè)明確應(yīng)用地，宜使用新樣品按照每個(gè)應(yīng)用地的最大7天新增降雪雪壓乘以環(huán)境安全系數(shù)γ 與相應(yīng)溫度數(shù)據(jù)測(cè)試，或按照多個(gè)應(yīng)用地的最大7天新增降雪雪壓中的最大值計(jì)算得到測(cè)試載荷與最低溫度進(jìn)行測(cè)試。

若無(wú)明確應(yīng)用地信息，宜按照組件制造商提供的最大靜態(tài)載荷值，測(cè)試溫度-40℃進(jìn)行統(tǒng)一測(cè)試評(píng)估。

若某地區(qū)無(wú)歷史降雪，則應(yīng)用在該地區(qū)的組件無(wú)需按照本標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試。

在附錄提供的全球不同國(guó)家/地區(qū)歷史 40 年（1981～2020）最大連續(xù) 7 天新增降雪雪壓及溫度中，中國(guó)歷史40年最大連續(xù)7天新增雪壓最高值為西藏（5389.46Pa），該數(shù)值在附錄中提供的100多個(gè)國(guó)家中位居第一梯隊(duì)，從某種角度來(lái)說(shuō)，如果組件通過(guò)了西藏7天新增雪壓的測(cè)試，則可以通過(guò)附錄中任何一個(gè)國(guó)家的測(cè)試。

由于組件的安裝需要形成一定的角度，在重力的作用下，積雪的壓力將沿著傾斜角度向下傳導(dǎo)，最終組件的下邊緣將承受很大的壓力。

來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)

因此，在組件不均勻雪載測(cè)試環(huán)節(jié)，測(cè)試設(shè)備模擬積雪在傾斜組件表面的堆積情況下檢驗(yàn)組件抵抗積雪載荷的真實(shí)性能表現(xiàn)。目前，業(yè)界普遍采用IEC 62938:2020標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行不均勻雪載測(cè)試。

光伏組件雪荷載分布圖

組件不均勻雪載測(cè)試裝置來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)

雪在組件表面尤其是底端大量堆積時(shí)，考驗(yàn)組件在應(yīng)對(duì)暴雪造成的不均勻壓強(qiáng)時(shí)，能否避免邊框彎折或斷裂，背玻不均勻性破裂，安裝系統(tǒng)部分或完全解體等隱患的發(fā)生。

早些時(shí)候，天合光能至尊670W系列產(chǎn)品，不均勻雪載的測(cè)試結(jié)果顯示，臨界雪載荷均高達(dá)6600Pa以上，最高達(dá)到7000Pa，相當(dāng)于2.8米積雪產(chǎn)生的壓力，遠(yuǎn)高于常規(guī)不均勻雪載要求值。不難看出，以天合光能為代表的組件頭部企業(yè)通過(guò)不斷研發(fā)與技術(shù)迭代，使其組件抗壓能力已經(jīng)能夠應(yīng)對(duì)40年最大7天新增降雪量的考驗(yàn)，降低組件隱裂及損壞隱患，保護(hù)電站業(yè)主的投資。

但是，光伏電站的抗暴雪能力，不應(yīng)只引起組件企業(yè)的重視。支架、電站建設(shè)、運(yùn)維企業(yè)同樣責(zé)任重大，任何一個(gè)環(huán)節(jié)的出錯(cuò)，都將使其他環(huán)節(jié)的努力付諸東流，只有各環(huán)節(jié)共同努力，才能確保光伏電站順利迎戰(zhàn)暴雪，并取得勝利。

希望本文起到拋磚引玉的作用，旨在引發(fā)光伏電站應(yīng)對(duì)暴雪措施的思考，如有謬誤，多多包涵。